Tutorial:Basic Rocket Design/ko
이 튜토리얼은 우주선 조립 공장 (VAB) 의 사용법과 첫 로켓을 돌발 고장 (catastrophic failure) 없이 궤도 (orbit) 로 날리는 방법에 대한 모든 중요한 기초들을 서술합니다. 이것은 VAB 의 기초 기능에 대하여 기술할 것이고, 사용가능한 부품 그룹과 그것의 사용에 대하여 설명합니다. 그리고 성공적인 첫 발사와 귀환을 완료하는 방법 기술할 뿐만 아니라, 다단계 로켓 예시를 줌으로써 기본 발판을 소개합니다. 또한, 이 게임에서 자주 쓰이는 여러 일반적인 과학 및 공학 용어 (Terminology) 를 소개하고자 합니다. 궁금한 세부 내용은 내부 위키 링크를 이용하시기 바랍니다.
- 시간 : 45 분
- 난이도 : 처음 사용자
- 모든 버전
로켓 과학의 소개
Kerbin 에서 우주로 물체를 보내거나 그곳에 있게 하는 것 (이것을 ‘안정된 궤도에 진입했다’ 라고 한다)에 대한 주요 규칙들은 정말로 설명하기 쉽다. 극복할 주요 적은 중력 (gravity) 과 끌림 (drag, 역주. 대기 마찰) 이다. 중력은 행성의 중심에서 멀어지는 거리의 제곱에 반비례한다. 끌림은 대기의 가장 끝 (Kerbin 의 경우 69,078 m) 에 도달할 때까지 기하급수적으로 감소한다. 중력의 영향은 우주선의 총 무게에 비례하여 증가한다. 끌림의 영향은 우주선의 모양을 기반하여 증가한다. 날씬하고 매끄러운 것일수록 끌림은 덜하다. 만약 벽돌 모양의 우주선을 만든다면, 그것이 벽돌처럼 나는 것이 당연하다. 궤도에 오리기 위해 중력과 끌림을 극복하기 위하여, 막대한 양의 추진력 (thrust) 을 생성해야 한다 (Kerbin 의 Delta-V 는 약 4000 m/s). 이것을 궤도 속도 (orbital speed) 라고 부른다. 전체적으로, 우주선의 질량은 끌림보다 훨씬 중요하다. 그러나, 좋은 디자인은 로켓의 효율성에 의미있는 공헌을 할 수 있다.
현재, 본 게임은 매우 간략한 방법의 drag 를 구현한다. 실제의 모양을 고려하는 대신에, 간단히 각 부품은 미리 할당된 평평한 drag 값을 갖는다. 우주선의 모든 drag 값들이 합해지고, 간단한 전체적인 drag 값으로 사용된다. 이것은, 전체적으로 로켓을 어떤 모양으로 만들던지 상관없음을 의미한다. 그리고 이것이 현재 팬 케이크 모양의 우주선을 적절히 슬림한 우주선 마냥 쉽게 우주로 보낼 수 있는 이유이다. 더 섬세한 drag 시스템은 나중 버전에 계획되어있다. 어떤 플레이어들은 더 사실적인 drag 와 lift 모델을 구현한 Ferram Aerospace Research mod를 사용하기도 한다.
그래서 로켓을 디자인하는 규칙은 단순하다. 가볍게 만들고, 매끄럽게 만들고, 힘 세게 해줘라. 꽤나 단순하다.
이것은 우주선과 그것을 우주로 데리고 갈 것이라 생각되는 로켓을 처음 만드는 좋은 연습이다 (이하, 이것들을 발사체 (launch vehicle) 라 부른다).
부품 배치 관련 도구
대칭성 (Symmety)
스크린의 왼쪽 아래에, 중심에 노란 점이 있는 버튼이 있다. 그것을 클릭하면, 대칭 옵션을 사용할 수 있다. 이것은 우주선의 부품을 배치할 때마다 그것이 양쪽 모두 대칭적으로 배치된다는 의미이다. 단, 위, 아래로 중간 수직 방향으로는 불가하다. 이 옵션은 발사체를 만들 때 엄청나게 편리하다. 이것은 뜻하지 않게 부품들을 잘못 배치하지 않게 한다. 그런 부품은 로켓의 중심으로부터 질량의 중심을 이동하게 한다. 우주선의 중심과 일치하지 않는 질량의 중심을 가지는 불가피한 상황이 될 것이다. 그러나 그 모든 불일치는 우주로 올라가면서 계속 교정되어야 한다. 왜냐하면 불일치들은 우주선을 특정 방향으로 기울게 하기 때문이다. 그리고 그 교정에 사용된 에너지는 로켓을 올리는 데에 사용될 수 없다. 이 버튼을 여러 번 누르면, 다른 대칭 모드들을 사용할 수 있다(1,2,3,4,6,8).
고정각 배치 (Angular Snap)
대칭 버튼 바로 옆에 노란 원과 안에 점이 있는 또 다른 버튼이 있다. 이것은 단순 켰다 끄는 토글이다. 이것의 동작시키면, 부품을 360 도를 16등분한 각도 (22.5 도) 로 나눠진 위치에 배치할 수 있다. 또한 이것은 우주선의 질량의 중심이 거의 대칭적이게 만들 때 유용한다. 단일 부품들을 각 자 반대쪽에 배치하려고 할 때에도 유용하다. 이 옵션은 이 튜토리얼에서 늘 켜진 채 진행된다 (실제로, 이것을 껐을 때 유용한 경우는 거의 없다).
물리 지표 (Physics indicators)
노란 버튼들 아래에 3 가지의 초록 버튼들이 있다. 왼쪽부터, 각각은 질량 중심(Center of mass, CoM), 양력 중심 (Center of lift, CoL), 그리고 추진력 중심 (Center of thrust, CoT) 을 보여준다. 모두 설명이 필요 없이 자명하다. 그러나 양력 중심은 대기 비행선에서 특히 유용하고, 로켓에서는 덜 하다. 다른 두 개는 질량의 중심과 추진력의 중심이 잘 배치되었는 지 확인하는 데 도움이된다. 두 요소는 수평적으로 중심에 위치해야 한다. 질량의 중심은 로켓의 1/3 위치 보다 아래에 있어야 한다 (또는, 추진력의 중심에 가까이). 만약 위에 멀리 있다면, 로켓은 위가 무거운 상태 (top-heavy)가 되고 상승하는 동안 컨트롤이 더 어려워 진다. 질량의 중심은 날면서 나중에 유동적으로 변한다. 이는, 연료가 소비되고, 로켓 단계가 분리되기 때문이다.
부품 돌리기 (Rotating pieces)
이것의 자세한 사항은Controls 에서 설명된다. 간단히, 부품을 배치하기 전에 90도 만큼 부품을 회전하기 위하여, WASDQE 버튼들은 사용한다. Shift키를 누루면서 WASDQE 를 누르면, 5도씩 회전한다. 이것은 비스듬한 패널, 사다리, 추진장치 등에 유용하다.
함선 디자인
새 우주선을 제작함에 있어서, 적당한 커맨드 모듈 (command module) 을 선택할 필요가 있다. 여기서, 그 결정은 네가 유인 또는 무인 우주선을 계획하는 지에 달려 있다. 만약 Kernel 인들을 우주에 보내고 싶다면, 크루 포드 (crew pod) 를 선택하면 된다. 만약 그 빈 공간에 너의 첫 유람선을 장난 삼아 보내는 동안 Kernal 인들의 안전을 유지하고 싶다면, 무인 모듈을 선택하면 된다. 다시, 그 기본 원리를 기억해라. 너의 미션을 실질적으로 구현하는 동안, 전체 중량은 가능한 낮게 유지해라.
리액션 휠 (Reaction wheels)
함선의 회전을 용이하게 하기 위하여, 리액션 휠
(reaction wheels) 은 그 부품의 위치에서 함선에게 토크 (torque) 를 적용하기 위하여 사용될 수 있다. 그래서, 질량의 중심으로부터 멀리 떨어진 리액션 휠은 의도치 않은 회전 효과를 일으킬 수 있다는 것을 기억하길 바란다. 엔진의 점화나 RCS 등이 필요 없이, 리액션 휠은 기체를 섬세하게 회전시키는 데에 아주 많이 사용된다. 리액션 휠을 이용한 함선의 회전은 배터리를 빨리 방전시킨다. 그래서 비축분을 체크해야 한다. 유, 무인의 모든 커맨드 포드는 기본 리액션 휠을 포함한다. 공급되는 토크는 포드의 질량에 대략적으로 비례한다 (큰 질량에는 큰 토크가 주어진다).
만약 매우 무겁고 부피가 큰 짐짝을 만들었다면, 회전 시간을 짧게 하기 위하여 추가적인 리액션 휠을 덧붙이기 원할 것이다. ‘Controls’ 패널에는 사용 가능한 여러 인라인 휠들이 있다.
안정성 증대 장치 (SAS)
켰다껐다 할 수 있는 이 보조 시스템은 모든 커맨드 모듈들에 포함되어 있다 (“T” 키). 이것은 함선의 회전 컨트롤(pitch, yaw, roll) 을 도와준다. SAS 가 작동하는 동안, 수동 컨트롤 입력은 정제되고 회전율을 0에 가깝게 느리게 만든다 (dampening mode). 만약 너무 강력한 토크를 발생시키는 매우 강력한 회전 휠을 가졌거나, 회전에 제동을 걸고 싶을 때 유용하다.
만약 함선이 회전하지 않는 다면, SAS 은 “Locking”모드로 맞춰진다. 그것은 현재 방향성을 유지하기 위하여 노력한다 (이것은 어디를 향하여 ‘가고’ 있는지 와는 다른 이야기 이다. ).
SAS 는 유저가 사용 가능한 컨트롤과 같은 수단들을 사용한다. 예를 들면, 리액션 휠, RCS, control surfaces, 엔진 등.
전력 (Electric Charge)
- → 참고하기: Electric charge
만약 함선에 전력이 바닥나면, 더 이상 함선을 컨트롤 할 수 없고 모든 엔진은 자동적으로 정지된다. 무인 프로브는 동작을 위하여 지속적인 전류가 필요하고, 모든 리액션 휠은 동작하는 동안 전기 에너지가 필요하다. 전기를 생산하기 위한 가장 쉬운 방법은 함선에 배터리 팩을 붙이는 것이다. 이것의 위치는 상관없다. 함선의 모든 부품들은 연결되어 있다고 가정되고, 배터리의 공급을 받는다. 중간에 무엇이 있던 상관없다.
그러나, 배터리는 유한한 비축분을 갖는다. 만약 긴 시간동안 우주에 위성을 유지하고 싶다면, 전기 에너지를 발생시키는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 현재 버전에서는 3 가지 방법이 있다 (엔진에 의한 방법을 제외하고 모두 Utility tab 에 있다).
- Radioisotope thermoelectric generators (Currently there is only the PB-NUK Radioisotope Thermoelectric Generator available) 방사선 동위원소 열전기 발전기
- Some liquid engines produce a small amount of electric charge while running as a by product (Low power output, try not to rely on it.) 일부 액체 연료 엔진은 작동할 때 적은 양의 전기를 부산물로써 생산한다. 매우 낮은 수준이므로, 그것에 의존하지 말 것.
- Solar panels 태양 전지 패널
장기 위성은 종종 태양 전지 패널을 이용한다. 이것은 비용이 들지 않고 높은 출력을 가지며, 매우 가볍다. 그러나, 그 패널은 펼칠 공간이 필요하고, 태양을 가리는 물체가 없어야 하며, 물리적인 스트레스 (충돌, 접촉 사고 등) 를 견딜 수 없다. 또한, 생성되는 에너지의 양은 탐사선이 태양으로 멀리 떨어질수록 떨어진다. 간결하거나 가끔씩 튼튼해야 하는 행성 탐사선은 열전기 발전기를 선호한다. 그것은 아주 적은 무게의 손실에 무한한 작동 시간을 갖기 때문이다.
적도 궤도 위성에 에너지를 공급하기 위하여 태양 전지 발전에 의존할 때, 충분한 양의 배터리를 보드에 탑재하는 것이 바람직하다. 이 배터리들은 행성의 캄캄한 면을 지날 때 에너지를 공급할 수 있다. 태양이 다시 떠오르기 시작할 때, 배터리 팩은 재충전될 것이다. 2~3개의Z-100 Rechargable Battery Packs or a single Z-1k Rechargable Battery Bank 로 충분하다.
두 개의 OX-4W solar panels 또는 세 개의OX-STAT panels 을 최소한도로 대칭적인 모양으로 붙이는 것은 대부분 사용에 있어서 충분한 에너지를 보장할 것이다. 대칭적인 배치는 함선의 현재 방향성을 소홀하게 할 때, 적어도 한 패널이 항상 태양을 마주함을 보장한다.
리액션 컨트롤 시스템 (RCS)
이 리액션 컨트롤 시스템은 특별한 추진 시스템이다. 이것은 압축된 가스를 배출하여 추진력을 생성한다. 이 가스는 압축된 형태로 저장되어 있고, Monopropellant (짧게 Monoprop 또는 Mono, 역) 일원 추진체) 라고 부른다. 이것은 다른 엔진들과는 달리, 두 가지 이상의 분사제를 필요로 하지 않기 때문이다. 이 추진체들로부터 생성된 추진력은 매우 작지만, 그들은 근처 다른 물체에 힘을 미치지 않는다 (실제 현실과는 다르다. 그리고 표준적인 고체 또는 액체 추진체들은 다른 물체를 밀어낼 수 있다). 그래서 이 특징으로 이 시스템은 진공에서 고정밀의 회전과 수평 이동을 위한 첫 번째 선택이 된다. 또한 그 낮은 추진력은 매우 정밀한 컨트롤을 가능케하여 (precise control mode 에서도 훨씬 더 정밀하다. "Capslock” 키), 도킹 작업에 완벽하게 적당하다.
다른 활용 가능한 영역으로는, 낮은 중력과 옅은 대기의 미행성이나 달에서 매우 가벼운 탐사선의 추진체로써의 사용이다. 많은 추진체가 달린 가벼운 중량의 탐사선은 그곳에서 효과적으로 컨트롤될 수 있다. 그것들은 두 가지 주요 장점을 갖는다. 그것들은 휴대할 수 있는 특별한 연료를 필요로 하는 동시에 (매우 가벼움), 실제 추진체들은 매우 가볍고 무지향성이다. 또한, 추진체를 위한 연료 라인을 신경 쓸 필요가 없다. 그것들은 가상적으로 모든 곳에 위치할 수 있고, Monoprop탱크에 직접 연결시킬 필요가 없기 때문이다. 다른 장점은 연료 소모가 극단적으로 낮다. 25 유닛의 작은 Monoprop 탱크 조차 몇 분간 추진을 지속할 수 있다. 장착되었을 때, RCS 는 기본적으로 활성화되어 있지 않다. SAS 같이, 언제라도 켰다 끌 수 있다 (“R”키). 만약 RCS 와 SAS 가 작동하면, RCS 는 항로 교정에 사용될 것이다. 만약 회전이나 수평 이동을 빨리 해야한다면 이것은 매우 중요할 수 있다. 그러나 오랜 시간동안 그것을 켜둔 채도 있는 것은 주의하자. 왜냐하면, 연속적인 교정을 위하여 SAS 는 RCS 의 미니 부스터 역할을 하고 싶어하기 때문이다. 만약 빠른 항로 변화나 우주 공간에서 정밀한 궤도 수정 (예를 들면, 도킹 작업)을 필요로 하지 않는 다면, RCS 를 전혀 설치하지 않고 무게를 줄일 수 있다.
만약 그것들을 두기로 했다면, 고려할 것들이 있다. RCS 추진체들은 매우 낮은 파워를 가지므로, 많은 숫자가 필요하다. 우주 정거장에 정박시킬 3 톤 중량 이내의 표준적인 위성 모듈은 6 ~ 8 개의 추진체를 가져야 한다. 앞서 설명한 것처럼, RCS 는 무지향성이다. 여전히, 시기 적절한 회전 같은 궤도 작업을 끝마치기 위하여, 다양한 방향으로 분사할 수 있어야 한다.
추진 위치에 대하여, 질량 중심 지표를 사용해야 한다. 3-대칭 또는 4-대칭을 사용하여, 함선의 바닥 쪽 주변에 추진체 세트를 방사상으로 배치해야 한다. 그리고 함선의 윗쪽 주변으로 질량 중심으로부터 같은 거리에 다른 세트를 배치해야 한다. 더 큰 비행선에 대하여, 수평 이동을 가능케 하기 위하여 질량 중심 주변에 추진체들의 추가적인 고리를 덧붙여야 한다.
질량 중심으로부터 RCS 추진체들을 같은 간격으로 두는 것에 실패하면, 전용된 토크가 적용될 것이다. 이것은 회전 시 약간의 움직임들 유발하거나, 평형 이동 시 회전을 유발함을 의미한다. 이것들은 특히 목표에 대한 지속적인 집중이 필요로 하는 도킹 시 중요하다.
과학 (Science)
이 부품들은 연구를 위한 과학적인 데이터를 제공한다. 또한, 그것들은 추가적인 끌림과 무게를 의미한다. 그래서, 나는 이번 튜토리얼에서 이것들을 포기할 것이다.
낙하산 (Parachutes)
만약 너의 위성이 우주에 영구히 있길 원하지 않거나, Kerbal 우주인이 안전하게 궤도를 벗어나게 할 수 있다면, 낙하산 (Parachutes) 을 사용하는 것만큼 더 좋은 방법은 없다. 우주선 위 끝 쪽에 하나를 설치하는 것은 안전한 하강을 위한 최고의 조치이다. 만약 우주선의 모양이 길쭉하다면, 질량 중심에 부착된 방사형 낙하산을 사용하는 것은 착륙 시 전복을 방지하기 위하여 더 좋을 것이다. 낙하산은 매우 튼튼하고 Kerbin 에서 우주선을 안전하게 감속시킬 수 있다. 짙은 대기층에 감사하길. 낙하산이 펼쳐진 후 늘어져 있다면 놀라지 말길. 그것은 마지막 500 m 구간에서 완전하게 펼쳐진다. 무거운 drag 낙하산인 Mk25 을 사용하는 것은 무거운 우주선에 대하여 마지막 낙하산이 완전한 감속을 시키기 위하여, 충분히 감속시키기 위하여 필수적이다. 만약 낙하산을 펼쳤을 때 우주선이 너무 빨리 낙하하고 있다면(100 m/s 수직 속도를 목표로), 낙하산은 찢어지고 오히려 불쾌한 착륙이 될 것이다.
발사체 (Launch vehicle)
추진 장치 (Propulsion)
두 가지 종류의 주요 분사체가 있다. 이들은 발사체를 우주로 밀어내기 위해 필요한 거대한 양의 추진력을 얻기 위하여 사용된다. 이들은 고체 연료와 액체 연료이다. 주요 차이점은 액체는 조절 가능한 방법으로 연소시키므로, 비행 시 추진 레벨을 바꾸거나 조절할 수 있다. 한편, 고체 연료는 점화되는 순간 최대 파워로 타버리고, 전체 연료 비축이 바닥날 때까지 계속 타오른다. 고체 연료의 장점은 무게당추진력 (thrust-to-weight ratio, TWR) 이 액체 연료에 비하여 다소 좋다는 것이다. 그리고 생산과 재활용이 저렴하다 (현재 KSP 에서는 해당되지 않는다). 모든 우주선의 대부분의 에너지는 Kerbin 대기를 탈출하고 안정적인 궤도에 도착하는 데 소모되기 때문에, 고체 연료 엔진은 종종 메인 로켓에 붙어서 전부 연소된 후에 분리된다. 종종 부스터 로켓 (booster rockets) 이라 부른다.
이와 같은 기본 로켓 디자인 조차도 효율적인 상승을 위하여 여러 단계를 사용해야 한다. 나중에 고급 튜토리얼이나 실험에서 당신만의 추진 장치 단계를 단련할 수 있다.
함선 바닥에 단일 TR-18A Stack Decoupler 를 설치해야한다. 이 고리는 윗단을 아래단과 분리시키는 작은 폭발을 일으킨다. 우주에 도달하는 동안, 통통한 메인 발사체를 버리는 데에 사용될 것이다.
그 아래 발사 장치는 다음과 같다. 이것은 매우 강력한 첫 단계를 포함해야 한다. 그것이 중력과 끌림이 가장 강력한, 첫 수 킬로미터의 짙은 대기를 뚫어줄 수 있기 때문이다. 그 구간을 지나면, 끌림이나 중력 같은 저항은 현저하게 줄어들고, 이후의 추진은 낮게 할 수 있다. 출발 시 엄청나게 태우는 것의 다른 장점은 연료를 태움으로써 무게를 즉시 줄이기 시작한다는 것이다. 곧 빈 연료통을 버림으로써 무게를 더욱 줄인다. 이것은 다음 상승 국면을 더욱 쉽게 만들어준다.
이륙 시 3개의 파워풀한 부스터를 사용하는 2단계 발사체를 사용은 안정적인 궤도에 안착할 수 있게끔, 많은 에너지를 줄 것 이다.
주 발사 단계는 대기를 탈출하기 위한FL-T800 Fuel Tank를 사용하여야 한다. 추가적인 FL-T200 Fuel Tank 과 a light low-thrust LV-909 Liquid Fuel Engine 는 완전하게 궤도에 안착하고 다시 궤도로부터 탈출하기 위하여 사용한다. 3개의 방사상으로 부착된 부스터들은 두꺼운 낮은 대기를 뚫고 가게 만들어 준다. 3-대칭 옵션으로 TT-38K Radial Decoupler 을 메인 연료통의 아래단 끝에 방사상으로 붙여라. 그 후에, 이 분리기들 위에3 개의 Rockomax BACC Solid Fuel Booster 를 붙인다. 대칭성이 이 작은 물체들과 함께 유지되고, 다른 분리기들 위에 부스터들이 잘 붙어있는지 또한 신경써야 할 것이다.
즉, 충분한 추진력이 있어야 한다.
분리단 (Staging)
함선에 부품들을 추가하는 것을 끝낸 후, 발사 단계를 설정해야 한다. 이것들은 다음 단계로 넘어가는 것에 의하여 수행될 수 있는 일련의 행동 그룹들이다 (‘SpaceBar’키). 수행 순서는 언제나 가장 높은 단계부터 낮은 단계로 거꾸로 센다. 위 예시에 대하여 staging 은 다음과 같다.
- 단계 0: 낙하산 펴기
- 단계 1: 궤도 엔진 분리
- 단계 2: 발사체 분리 및 궤도 엔진 작동
- 단계 3: 부스터 로켓 분리 및 메인 엔진 작동
- 단계 4: 부스터 로켓 작동
여기서 핵심은 메인 엔진을 시작하는 것이 발사 직후냐 아니냐 하는 점이다. 우리가 상대적으로 가벼운 함체 (33톤 미만)을 가지고 있다면, 부스터는 이미 많은 추진력을 제공한다. 메인 엔진을 나중에 작동시키는 것은 대기 상층을 위하여 필요한 연료를 보존할 수 있게 한다. 그러나, 더 중요하게도, 그것은 궤도를 원 형태로 만들 때 (prograde boost at Apoapsis, 궤도 최원점에서 순행 부스터) 조절할 수 있는 방법으로 사용되어야 한다. 단점은 고체 연료 부스터는 방향을 바꿀 수 있는 추진이 없다는 것이다. 그래서 메인 엔진을 끈 동안 상승 경로를 교정할 수 있는 수단이 거의 없게 된다.
체크 리스트
간편 가이드
Launch
Gravity turn
Establishing a full orbit
Reentry
Conclusion
first start to translate the article of English version by Senshi -- Fine(talk) 06:56, 4 July 2014 (CDT)
